DE1476618C3 - Nach verbrennungsvorrichtung für die Auspuffgase von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nachverbrennungsvorrichtung für die Auspuffgase von Brennkraftmaschinen mit einem rohrförmigen, vorwiegend längs durchströmten, eine Zündeinrichtung aufweisenden Gehäuse und mit einem dieses umhüllenden Ringkanal, der im Austrittsbereich des Gehäuses an eine Frischluftquelle angeschlossen ist, und an seinem anderen Ende am verengten Gaseintrittsraum einmündet.

Bei bekannten Nachverbrennungsvorrichtungen dieser Art erfolgt die Einführung der Verbrennungsgase injektorartig durch ein Rohr, das von einem Einführungstrichter für die Frischluft umgeben ist (deutsche Patentschrift 711023, USA.-Patentschrift 848 990). Durch das Einführen der Verbrennungsgase durch eine solche Art von Rohrdüse wird ein mehr oder weniger scharf gebündelter Verbrennungsgas-Strahl erzeugt, der sich erst relativ später mit der eingeführten Frischluft vermischt. Bei der einen bekannten Nachverbrennungsvorrichtung werden durch die am einen Ende der Brennkammer angeordnete Rohrdüse die Auspuffgase selbst und durch den die Rohrdüse umgebenden Schlitz die Frischluft eingeführt. Die Zündvorrichtung ist demgemäß auch erst an der als Prallwand wirkenden entgegengesetzten Abschlußwand der Brennkammer angeordnet. Durch diesen Aufbau der Brennkammer werden naturgemäß Wirkungsgrad und Durchsatzleistung erheblich begrenzt. . -..(■

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung wird durch die am einen Ende der Brennkammer angebrachten Rohrdüse überschüssiges Generatorgas und durch den die Rohrdüse umgebenden Ringspalt Frischluft eingeführt, während die eigentlichen Verbrennungsgase im mittleren Bereich seitlich durch öffnungen in der Umfangswand der Brennkammer zugeführt werden. Direkt hinter der Rohrdüse ist eine erste Zündvorrichtung vorgesehen, um überschüssiges Generatorgas gegen Verpuffung sicher in einer Flamme wie in einem Gasbrenner zu verbren-

^ao nen und diese Flamme zum Zünden der späterzugeführten Aüspuffgase~auszunutzen. Für den Fall, daß keine Zündflamme vorhanden sein sollte, ist am Ausgang der an der Rohrdüse gegenüberliegenden Seite offenen Brennkammer eine zweite Zündvorrichtung

^a5 angeordnet, die jedoch nur dann eingeschaltet wird, wenn die Zuführung für das die Flamme bildende Generatorgas geschlossen ist. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist weder beabsichtigt noch wird es erreicht, daß durch die Rohrdüse zugeführtes Auspuffgas wirksam verbrannt würde. Die bei dieser bekannten Vorrichtung seitlich im mittleren Bereich durch Öffnungen in der Kammerumfangswand eingeführten Auspuffgase vermischen sich nur noch schwer mit der aus dem rückwärtigen Teil der Kammer kommenden Frischluft, da sie dazu neigen, entlang der Kammerwandung zu strömen. Dies gilt insbesondere dann, wenn keine Zündflamme mit überschüssigem Generatorgas vorhanden ist. Der Wirkungsgrad dieser zweiten bekannten Vorrichtung ist somit auch nur relativ gering.

Schließlich ist es bei Nachverbrennungsvorrichtungen anderer als der oben beschriebenen Art bekannt, die zum Nachverbrennen benötigte Frischluft mittels Kompressor unter Druck zu setzen und über Ventile

zuzumessen (USA.-Patentschrift 1 877 523).

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, Nachverbrennungsvorrichtungen der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Nachverbrennung verbessert und insbesondere für weite Drehzahl- und Lastbereiche der mit solchen Nachverbrennungsvorrichtungen ausgerüsteten Brennkraftmaschinen nutzbar gemacht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwei je eine Zündeinrichtung aufweisende Brennkammern über eine Leitwand hintereinandergeschaltet sind, die als erweiterter Kegel ausgebildet ist und am Umfang zur Gehäusewand hin einen Ringspalt freiläßt, daß der an die Gaseintrittsleitung angeschlossene Gaseintrittsraum in einen verengten Trichter ausläuft, dem mit parallelem Wandabstand ein zweiter Trichter zugeordnet ist, daß der Zwischenraum zwischen diesen beiden Trichtern mit dem die Brennkammern umhüllenden Ringkanal in Verbindung steht und daß die Frischluftquelle in bekannter Weise ein Gebläse und eine Zumeßeinrichtung enthält.

Die Einführung der Auspuffgase und der vorgeheizten Frischluft durch diesen Doppeltrichter bietet

den Vorteil einer starken Verwirbelung, so daß das Gemisch von Auspuffgasen und Frischluft in diesem stark verwirbelten Zustand der ersten Zündeinrichtung zugeführt wird. Durch das Zusammenwirken des Doppeltrichters bzw. der in ihm erzeugten Verwirbelung mit den sich daran anschließenden beiden, direkt hintereinandergeschalteten und nur durch die als Kegel ausgebildete Leitwand voneinander getrennten Brennkammern wird erreicht, daß der Verbrennungswirkungsgrad gegenüber den bekannten Einrichtungen wesentlich erhöht wird.

Besonders zweckmäßig ist es im Rahmen der Erfindung, wenn am Ende der zweiten Brennkammer in Abstand von der Gehäusestirnwand eine Leitwand angeordnet ist, die als erweiterter Kegel ausgebildet ist, und am Umfang zur Gehäusewand nur einen Ringspalt freiläßt, und der Frischluft zuführende Ringkanal von einem beidseitig offenen Ringkanal umhüllt ist, der mit dem Ende der zweiten Brennkammer einerseits und mit dem Gaseintrittsraum und einem weiteren umhüllenden Ringkanal andererseits in Verbindung steht, an den die Gasaustrittsleitung angeschlossen ist.

Auf diese Weise wird die zugeführte Frischluft in dem zum Zwischenraum des Doppeltrichters führenden Ringkanal wirksam vorgeheizt, wodurch sich der Wirkungsgrad der Nachverbrennung in den beiden Kammern noch verbessern läßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Nachverbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung in axialem Schnitt nach der Linie I-I der F i g. 2 und

F i g. 2 die Vorrichtung im Schnitt nach der Linie H-II der Fig. 1.

In der Zeichnung ist der eigentliche Nachbrenner mit 110 bezeichnet. Er hat im wesentlichen eine Eintrittsleitung 112, zwei hintereinander angeordnete Brennkammern 115 und 116 und eine Austrittsleitung 137. Die Eintrittsleitung 112 mündet in einen Eintrittsraum 111, der von einem verengten Trichter

113 mit einer mittigen Öffnung 114 abgeschlossen wird.

Bei der in F i g. 1 und 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Nachbrenners 110 ist außerdem eine Vorwärmung der in die Brennkammern, einzuführenden Frischluft vorgesehen. Ferner ist in diesem Beispiel eine Langleitung 117 für die Kurbelwannen-Entlüftung der Brennkraftmaschine vorgesehen. Diese Langleitung 117 mündet in die öffnung

114 des verengten Trichters 113.

Das Eintrittsende der Brennkammer 115 wird durch einen breiten Trichter 119 gebildet, der mit parallelem Wandablauf zum Trichter 113 angeordnet ist. Zwischen diesen wird ein ringförmiger Zwischenraum 120 als Lufteinlaß gebildet.

Durch eine zylindrische Gehäusewand 121, die an ihrem einen Ende mit dem Trichter 113 und an ihrem anderen Ende mit der koaxial innenliegenden Gehäusewand 118 verbunden ist, wird ein ringförmiger Luftzufuhrkanal 112 gebildet, der die Brennkammer 115 und 116 umhüllt. Am unterstromseitigen Ende des Nachbrenners 110 ist der Luftzufuhrkanal 122 über ein Luftzufuhrrohr 123 mit einer Druckluftquelle 125 verbunden.

Eine erste Leitwand 126, die durch nicht dargestellte Einrichtungen von der inneren Gehäusewand 118 getragen wird, erweitert sich kegelförmig nach außen und trennt die Brennkammer 115 und 116. Diese erste Leitwand dient dazu, aus der ersten Brennkammer kommende Luft und Abgase zu vermischen und nach außen zur Gehäusewand 118 hin zu leiten. In der Mitte der ersten Brennkammer 115 ist eine Zündeinrichtung 127 vorgesehen. In der Brennkammer 116 ist eine zweite Zündeinrichtung 128 vorgesehen, und zwar näher an der Leitwand 126 als an der Leitwand 129.

Die Gehäusewand 121 ist von einem beidseitig offenen Wärmeaustauscher-Ringkanal 131 umgeben. Eine Gehäusestirnwand 132 ist mit der Außenwand 130 dieses Ringkanals 131 an dessen unterstromseitigem Ende unter Bildung einer Abgaskammer 133 verbunden, in der die Abgase entgegengesetzt zur Strömung durch die Brennkammern in den Abgaskanal 131 umgelenkt werden, wie dies durch Pfeile in F i g. 1 angedeutet ist.

Die äußere Wand 134 der Wärmetauscheranordnung bildet die~""Äußenlage-des Nachbrenners und umgibt in Abstand die Innenwand 130, um den zweiten Abgaskanal 135 zu bilden. Das oberstromseitige Ende der Außenwand 134 ist bei 136 abgeschlossen, befindet sich jedoch in Abstand von der Innenwand 130, so daß der Kanal 131 an diesem Ende mit dem Kanal 135 in Verbindung steht. Das andere Ende der Außenwand 134 ist geschlossen, um die Verbindung mit einer Auslaßleitung 137 zu bilden, die mit dem Abgaskanal 135 in Verbindung steht.

Das Zufuhrrohr 123 kann in bekannter Weise von einem Gebläse 125 über eine Zündeinrichtung 140 mit Luft beschickt werden, das mit dem Fahrpedal 141 eines Kraftfahrzeuges verbunden ist.

Die Zündeinrichtungen 127 und 128 können übliche Zündkerzen sein oder — wie in F i g. 1 und 2 gezeigt — geerdete Elektroden haben. Wie ersichtlich, sind die Zündeinrichtungen in Eintiefungen befestigt; ihre Kühlung erfolgt durch Luft aus dem Kanal 122 über öffnungen 142 im keramischen Teil der Elektroden.

Die Zündeinrichtungen 127 und 128 sind vorzugsweise an eine piezoelektrische Spannungsquelle 143 angeschlossen, die z.B. vom Ventilatorkeilriemen 144 in der Weise angetrieben wird, daß der Betätigungsarm 145 periodisch bewegt wird.

Die Abgase aus der Auspuffleitung und der Kurbelgehäuseentlüftung werden mit Luft aus dem Zwischenraum 120 vermischt; zwischen der Zündeinrichtung 127 und der Leitwand 126 findet dann bei Leerlauf und Fahrt mit geringer Geschwindigkeit eine Nachverbrennung statt.

Bei höheren Drehzahlen ist das Volumen der Abgase größer, so daß sie auch eine höhere Geschwindigkeit haben. Die Leitwand 126 dient als Stoßdämpfer und Mischer für die zweite Brennkammer 116 und verhindert einen Rückdruck auf die erste Brennkammer 115. Bei höheren Drehzahlen ist der Verbrennungsprozeß nicht mehr völlig auf die Brennkammer 115 beschränkt. Vielmehr werden die Gase in der Brennkammer 116 durch die Zündeinrichtung 128 von neuem gezündet.

Das aus der zweiten Brennkammer 116 austretende Gasgemisch wird nunmehr durch Stickstoff, Kohlendioxyd und — unter bestimmten Bedingungen — durch unverbrauchten bzw. rückgebildeten Sauerstoff gebildet und strömt über die zweite Leitwand 129 radial nach außen zum Abgaskanal 131.

Die Leitwand 129 hat dabei die Aufgabe, einen Rückdruck auf die zweite Brennkammer 116 zu verhindern und die Wärmeenergie möglichst innerhalb der Brennkammer zu halten. Beide Leitwände verhindern ferner ein Herausschlagen der Flammen bei höheren Drehzahlen.

Das Gasgemisch gelangt vom Abgaskanal 131 in den umhüllenden Ringkanal 135 und von dort durch die Leitung 137 unmittelbar oder — wie bei einer Kraftfahrzeuganlage — durch den Auspufftopf ins Freie. Die heißen Gase übertragen bei ihrem Durchtritt durch den Abgaskanal 131 Wärme auf die Wand 121, weiche die in den Lufteinlaßkanal 122 eintretende Luft erwärmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Nachverbrennungsvorrichtung für die Auspuffgase von Brennkraftmaschinen, mit einem rohrförmigen, vorwiegend längs durchströmten, eine Zündeinrichtung aufweisenden Gehäuse und mit einem dieses umhüllenden Ringkanal, der im Austrittsbereich des Gehäuses an eine Frischluftquelle angeschlossen ist und an seinem anderen Ende am verengten Gaseintrittsraum einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß zwei je eine Zündeinrichtung (127, 128) aufweisende Brennkammern (115, 116) über eine Leitwand (126) hintereinandergeschaltet sind, die als erweiterter Kegel ausgebildet ist, und am Umfang zur Gehäuseinnenwand (118) hin einen Ringspalt freiläßt, daß der an die Gaseintrittsleitung (112) angeschlossene Gaseintrittsraum (111) in einen verengten Trichter (113) ausläuft, dem mit parallelem Wandabstand ein zweiter Trichter (119) zugeordnet ist, daß der Zwischenraum (120) zwischen diesen beiden Trichtern (113, 119) mit dem die Brennkammern umhüllenden Ringkanal (122) in Verbindung steht und daß die Frischluftquelle in bekannter Weise ein Gebläse (125) und eine Zündeinrichtung (140) enthält.

2. Nachverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der zweiten Brennkammer (116) im Abstand von der Gehäusestirnwand (132) eine Leitwand (129) angeordnet ist, die als erweiterter Kegel ausgebildet ist und am Umfang zur Gehäusewand nur einen Ringspalt freiläßt, und daß der Frischluft zuführende Ringkanal (122) von einem beidseitig offenen Ringkanal (131) umhüllt ist, der mit dem Ende der zweiten Brennkammer einerseits und mit dem Gaseintrittsraum (111) und einem weiteren umhüllenden Ringkanal (135) andererseits* in Verbindung steht, an den die Gasaustrittsleitung (137) angeschlossen ist.